Исследование двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
Методические указания к выполнению домашнего задания по курсу «Электротехника и электроника»
Покупка
Новинка
Тематика:
Машиностроение. Приборостроение
Автор:
Дробышев Георгий Федорович
Год издания: 2010
Кол-во страниц: 20
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 837571.01.99
Рассмотрены режимы работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением при пуске и торможении, а также его рабочие характеристики в условиях изменяющихся параметров цепи управления. Приведены справочные данные о двигателях. Для студентов 3-го курса всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана. Методические указания рекомендованы Учебно-методической комиссией НУК ФН.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 11.03.04: Электроника и наноэлектроника
- 12.03.01: Приборостроение
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 15.03.03: Прикладная механика
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Г.Ф. Дробышев ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Методические указания к выполнению домашнего задания по курсу «Электротехника и электроника» Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2010
УДК 621.313.3 ББК 31.261.2 Д75 Рецензент А.В. Смирнов Д75 Дробышев Г.Ф. Исследование двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением : метод. указания к выполнению домашнего задания по курсу «Электротехника и электроника» / Г.Ф. Дробышев. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 18, [2] с. : ил. Рассмотрены режимы работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением при пуске и торможении, а также его рабочие характеристики в условиях изменяющихся параметров цепи управления. Приведены справочные данные о двигателях. Для студентов 3-го курса всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана. Методические указания рекомендованы Учебно-методической комиссией НУК ФН. УДК 621.313.3 ББК 31.261.2 c ⃝МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010
ВВЕДЕНИЕ Приступая к выполнению данного задания, необходимо знать основные конструктивные элементы двигателей постоянного тока (статор, обмотка статора, якорь, обмотка якоря), их классификацию по способу возбуждения и механические характеристики, а также способы регулирования их скорости вращения (числа оборотов в минуту). Очень важно правильно понимать связь между напряжением на зажимах двигателя, его ЭДС и падением напряжения в обмотке якоря: Iяrя. В задание включены характерные режимы работы двигателя с параллельным возбуждением, и их проработка будет способствовать более глубокому усвоению студентами изучаемого материала.
1. СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ Для двигателя с параллельным возбуждением (табл. 1, рис. 1): Таблица 1 Номер варианта задания Тип двигателя Номер варианта задания Тип двигателя 1 МП-12 9 МП-72 2 МП-22 10 ПН-10 3 МП-32 11 ПН-28,5 4 МП-41 12 ПН-45 5 МП-42 13 ПН-68 6 МП-51 14 ПН-85 7 МП-52 15 ПН-100 8 МП-62 Рис. 1. Схема включения двигателя с параллельным возбуждением 1) рассчитать и построить естественную механическую характеристику n = f(M) и скоростную характеристику n = f(Iя) в пределах от M = 2Mн до M = −2Mн; 2) определить значение сопротивления пускового реостата для получения пускового тока Iп = СIя.н. Построить искусственную механическую характеристику; 3) определить скорость вращения двигателя при номинальном моменте на 4
валу, если в цепь якоря включено добавочное сопротивление, равное Krя; 4) определить значение добавочного сопротивления, которое необходимо включить в цепь якоря, чтобы при моменте Mи = DMн двигатель работающий в режиме противовключения, развивал скорость вращения nи = Lnн. Построить искусственную механическую характеристику при этом сопротивлении. Числовые значения С, D, L, K, M взять из табл. 2. Таблица 2 Номер варианта задания С D L K M а 1,0 0,8 0,7 5,5 1,1 б 1,4 1,0 0,6 0,5 1,2 в 1,2 1,2 1,0 4,0 1,3 г 1,6 1,5 0,3 3,5 1,4 д 2,0 1,6 0,8 3,0 1,15 е 2,2 1,8 2,0 5 1,25 ж 1,8 1,3 0,5 6 1,35 з 2,1 0,5 0,75 7 1,5 и 1,5 2,0 0,4 8 1,45 2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА На современном этапе развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства и новых отраслей техники широко применяется автоматизация управления различными рабочими процессами и исполнительными механизмами. Такая автоматизация немыслима без использовании различных маломощных двигателей постоянного и переменного тока мощностью от нескольких единиц до сотен ватт в качестве как управляющих, так и исполнительных элементов в системах автоматики. 5
Существует большое разнообразие конструкций различных типов двигателей, малой мощности. В некоторых из этих конструкций наблюдается органическое соединение двигателей с приборами и механизмами, в результате чего двигатель часто лишается своих индивидуальных форм и превращается в «оживляющий» орган механизма. Наименьшая мощность применяемых и строящихся в настоящее время двигателей постоянного тока достигает значений порядка нескольких десятых долей ватта при скорости вращения 10 000. . . 15 000 об/мин. В каждом двигателе в соответствии с принципом работы электромеханических преобразователей, имеются два основных узла. Один узел создает магнитное поле системой катушек, питаемых от источника постоянного тока и расположенных на полюсах (рис. 2). Это магнитная система двигателя. Обычно она выполняется или в виде сплошной стальной станины со съемными цельными или шихтованными полюсами (см. рис. 2), или же в виде шихтованной станины вместе с полюсами. Магнитный поток, создаваемый электромагнитами или постоянными магнитами, замыкается по магнитной цепи, включающей полюса, станину, два воздушных зазора и якорь. Другой узел ориентирует проводник с током и обеспечивает преобразование электромагнитной энергии в механическую. Рис. 2. Конструкция машины постоянного тока 6
При мощности двигателя 150. . . 200 Вт магнитную систему делают обычно двухполюсной, при больших мощностях выгодно выполнять ее четырехполюсной. Шихтованную станину и полюса штампуют из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Катушки (обмотки) возбуждения заготовляют предварительно на шаблоне, а затем укладывают на полюса при сборке машины. Якорь электродвигателя постоянного тока представляет собой пакет, собранный из наштампованных дисков, выполненных из листовой электротехнической стали толщиной 0,35 и 0,55 мм (см. рис. 2). В пазах якоря размещают проводник с током. Характерной частью, общей для большой группы электрических машин, является коллектор (см. рис. 2), представляющий собой ряд медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндрическую поверхность; пластины коллектора соединяются проводниками с обмоткой машины, расположенной на ее вращающейся части (на якоре). На коллектор накладываются неподвижные щетки, посредством которых осуществляется соединение вращающейся обмотки машины с внешней электрической цепью. Применение коллектора позволяет, осуществить выпрямление переменной ЭДС, индуцируемой во вращающейся обмотке, в постоянное напряжение на щетках. Существуют три способа организации возбуждения. Обмотка возбуждения может запитываться от источника по схеме, показанной на рис. 3, — это параллельное возбуждение — или по схеме, приведенной на рис. 4, — это последовательное возбуждение. Наконец, в специальных случаях находит применение смешанное возбуждение (рис. 5). Рис. 3. Схема параллельного возбуждения 7
Рис. 4. Схема последовательного возбуждения Рис. 5. Схема смешанного возбуждения Скорость вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением определяется из уравнения электрического равновесия в цепи якоря Uн = Eн + Iяrя, (1) где Uн — приложенное номинальное напряжение; Eн — ЭДС, наводимая в обмотке якоря; rя — активное сопротивление обмотки якоря. Так как ЭДС связана со скоростью вращения двигателя n магнитным потоком Φ, формулой Eн = СЕnΦ, то скоростная характеристика двигателя с учетом (1) будет равна n = Un −Iя(rя + rдоб) CЕ Φ . (2) Здесь Iя — ток в цепи якоря; rя — активное сопротивление обмотки якоря; rдоб — добавочное сопротивление в цепи якоря; CE — коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией двигателя. С помощью уравнения (2) можно определить скорость вращения n двигателя в установившемся режиме и не учитывать ЭДС самоиндукции, возникающей в переходном процессе. Механическую характеристику двигателя M(n) можно получить из уравнения скоростной характеристики n(Iя) и уравнения M = СM ΦIя [1]: n = Un СЕ Φ − rя СЕСМ Φ2 М . (3) 8
При неизменных параметрах U, Φ, r эта характеристика представляется прямой линией. Характеристика, полученная при отсутствии внешних сопротивлений якоря в цепи и при номинальных значениях напряжения и магнитного потока двигателя, называется естественной. Из уравнения (3) следует, что регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением может быть осуществлено путем изменения: 1) сопротивления цепи якоря; 2) подводимого к якорю двигателя напряжения; 3) тока возбуждения (магнитного потока). На рис. 6 представлены механические характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением для различных сопротивлений цепи якоря. Как видно, при M = 0 все характеристики проходят через одну точку. Скорость в этой точке не зависит от сопротивления в цепи якоря; она называется скоростью идеального холостого хода n0 и определяется выражением n0 = Un СЕ Φ. (4) Для построения механической характеристики двигателя достаточно знать две ее точки, одна из которых соответствует М = Mн и n = nн, другая — М = 0, n = n0. Рис. 6. Механические характеристики двигателя постоянного тока для различных сопротивлений якорной цепи 9
Номинальные значения параметров двигателей приведены в табл. 3. Таблица 3 Тип двигателя Pн, кВт Iн, А nн, об/мин Uн, В МП-12 2,5 14,2 1300 220 МП-22 4,5 26 1100 220 МП-32 9 48 900 220 МП-41 12 64 685 220 МП-42 16 84 700 220 МП-51 23 120 600 220 МП-52 33 168 650 220 МП-62 46 231 580 220 МП-72 75 374 520 220 ПН-10 1,0 12,2 1420 110 ПН-28,5 1,6 19,0 1000 110 ПН-45 2,5 14,1 1000 220 ПН-68 3,7 42,0 1000 110 ПН-85 5,6 30,0 1000 220 ПН-100 5,8 68,0 800 110 Искусственная механическая характеристика при любом добавочном сопротивлении rдоб строится также по двум точкам — точке n = n0 (M = 0) и точке nи, соответствующей точке Mн при заданном сопротивлении rдоб, которая определяется по формуле nн = Uн СЕ Φ −rя + rдоб СЕСМ Φ2 Мн. (5) На рис. 7 приведены механические характеристики двигателя при различных напряжениях. Так как работа двигателя при U > Uн недопустима, то изменение напряжения, подводимого к якорю, дает возможность регулировать скорость вращения двигателя только вниз от номинальной. Наклон всех характеристик сохраняется 10